Pelle sintetica “intelligente” per fornire sensibilità agli arti bionici

pelle sintetica

la pelle sintetica può essere allungata fino al 50% della sua lunghezza originale. Credit: Kim et al.

Un gruppo internazionale di ricercatori ha realizzato una pelle artificiale molto simile alla pelle umana in grado di rilevare diversi fattori ambientali come ad es. calore, pressione e umidità. In futuro tale tecnologia potrebbe dare la possibilità alle persone prive di arti o che hanno subito delle amputazioni di percepire le sensazioni fisiche (ad es. il caldo e il freddo).

Negli ultimi tempi gli arti bionici hanno fatto passi da gigante. Utilizzando stampanti 3D gli scienziati hanno creato ad esempio braccia artificiali che possono essere controllate utilizzando i nervi o il cervello dei pazienti. Hanno realizzato inoltre pelli sintetiche capaci di curarsi da sé o 1000 volte più sensibili della pelle umana.

Tutti gli aspetti appena descritti sono fantastici tuttavia, nessuna pelle sintetica rende possibile la percezione da parte di una persona sia del caldo (ad es. un potenziale pericolo rappresentato da un oggetto bollente) sia della pressione applicata su un oggetto mentre viene afferrato (ad es. un oggetto che rischia di cadere perché la presa è troppo debole).

la pelle sintetica applicata a una mano bionica. Credit: Kim et al. via MIT Technology Review

la pelle sintetica applicata a una mano bionica. Credit: Kim et al. via MIT Technology Review

Tra l’altro, le protesi che possiedono diversi sensori sono spesso piuttosto rigide e molto fragili, ben distanti quindi dalla flessibilità tipica degli arti umani. Per superare tali limiti alcuni ricercatori statunitensi e coreani stanno lavorando alla realizzazione di una pelle bionica che imiti sia l’elasticità sia l’alta sensibilità della pelle umana. La nuova pelle sintetica, descritta in un recente articolo pubblicato su Nature Communications, è stata ideata per rivestire gli arti bionici utilizzando un materiale siliconico elastico e trasparente denominato polidimetilsilossano (PDMS).

Tale materiale contiene una quantità molto alta di sensori (400/mm²) ed è stato realizzato impiegando dei nanonastri di silicone a forma di serpente (vedere immagine 1). La forma di questi nanonastri aiuta a proteggere dagli urti i sensori presenti all’interno della pelle sintetica. Quando questi sensori vengono schiacciati o allungati generano un segnale elettrico e sono in grado di rilevare inoltre se le superfici sono bollenti o fredde e la presenza di umidità nell’ambiente. Scrive il co-autore della ricerca Dae-Hyeong Kim, ingegnere biomedico presso la Seoul National University in Corea del sud.

I ricercatori hanno effettuato una serie di test sulla pelle artificiale. Per verificare l’affidabilità del materiale sono stati messi a confronto i livelli di umidità rilevati dai sensori (condensatori) della pelle artificiale con i livelli misurati da sensori analoghi disponibili in commercio: i livelli rilevati sono risultati piuttosto simili. Successivamente è stato condotto un ulteriore test per capire se una mano artificiale rivestita da tale materiale poteva effettuare la distinzione tra una superficie asciutta e una bagnata. I ricercatori hanno semplicemente testato la mano utilizzando due pannolini (uno asciutto e uno bagnato) e hanno analizzato i dati provenienti dai condensatori della pelle bionica (vedere immagine 3).

 i risultati dei test utilizzando i pannolini asciutti e bagnati. Nella scala (vedere lato destro dell'immagine) sono mostrati i valori numerici raggiunti durante i test. Credit: Kim et al./Nature Communications

i risultati dei test utilizzando i pannolini asciutti e bagnati. Nella scala (vedere lato destro dell’immagine) sono mostrati i valori numerici raggiunti durante i test. Credit: Kim et al./Nature Communications

Gli scienziati sono abbastanza sicuri che una mano bionica rivestita con tale materiale è in grado di effettuare il riconoscimento tra una superficie asciutta e una bagnata.

Per rendere la temperatura della pelle sintetica più simile a quella della pelle umana i ricercatori hanno inserito al suo interno dei dispositivi riscaldanti. Il team di ricercatori ha inoltre videoregistrato i movimenti naturali delle mani per comprendere quali zone della pelle (umana) si allungano di meno. Attraverso le informazioni raccolte dai filmati gli scienziati hanno capito che nelle zone dove la pelle si allunga di meno (ad es. i polpastrelli) è possibile aggiungere più sensori mentre, nelle zone dove è richiesta maggiore flessibilità (ad es. i polsi) è necessario inserire meno sensori. Nonostante la pelle bionica sia perfetta sulla carta essa potrà rivelarsi utile solo se sarà capace di trasmettere le informazioni al cervello delle persone.

Pertanto i ricercatori hanno effettuato dei test su alcuni topi per verificare la trasmissione delle sensazioni di caldo e freddo. Una matrice di elettrodi di platino è stata collegata ai nervi dei topi e i dati rilevati dai sensori della pelle sintetica sono stati inviati al cervello dei ratti. I dati sono stati trasmessi con successo tuttavia, i ricercatori non sono in grado di sapere in che misura i topi abbiano percepito il caldo e il freddo. Inoltre questo tipo di elettrodi non sono adatti per essere utilizzati sugli esseri umani, motivo per cui i ricercatori intendono sviluppare il dispositivo attraverso nuovi studi su animali dalle dimensioni maggiori. Allo stato attuale della ricerca la strada da percorrere per utilizzare la pelle sintetica “intelligente” su protesi destinate agli esseri umani sembra ancora lunga ma le potenzialità sono enormi.

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Pelle sintetica “intelligente” per fornire sensibilità agli arti bionici ultima modifica: 2014-12-17T12:39:46+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)